三叶孔板换热器壳程传热性能数值模拟及结构优化设计

发布时间：2017-08-21 18:32

  本文关键词：三叶孔板换热器壳程传热性能数值模拟及结构优化设计

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【摘要】：三叶孔板换热器是核电行业中主要的换热设备,主要采用三叶孔整圆形支撑板代替传统折流板作为壳程支撑结构,实现壳程流体总体上呈纵向流动的一种新型换热器。由于结构上的改进,使之与传统的弓形折流板换热器相比具有传热效率高、压降低、不易结垢等优点。本文针对三叶孔板换热器的传热性能数值计算和结构优化设计进行研究,主要研究内容包括以下几个方面：1)综合分析纵流壳程换热器的各个常用的计算模型的优缺点,选取“单元流道”模型,运用计算流体力学软件Fluent对三叶孔板换热器壳程传热和压降性能进行了数值计算,并分析了板间距、孔高等几何结构参数对壳程性能的影响。2)运用因次分析法,归纳总结三叶孔板换热器壳程传热和压降性能计算的准则关系式,并基于“周期性全截面”模型的数值计算结果对其进行修正。3)对具有相似结构的大圆孔板和小圆孔板换热器壳程传热性能进行数值模拟,通过与三叶孔板换热器性能的对比分析,归纳总结出孔板换热器壳程传热与阻力性能的通用设计计算准则关系式。4)基于遗传算法,以壳程努赛尔数和压降为目标函数,编制Matlab程序,对三叶孔板换热器壳程结构进行优化设计,为三叶孔板换热器的高效设计、应用提供方法指导。
【关键词】：三叶孔板 计算流体力学 数值模拟 传热 优化设计
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 纵流壳程换热器数值计算模型研究进展11-14
• 1.3 纵流壳程换热器湍流模型研究14-15
• 1.4 纵流壳程换热器传热设计准则关联式研究进展15-18
• 1.5 换热器优化设计方法研究进展18-23
• 1.6 本文主要研究内容和研究意义23-25
• 第2章 三叶孔板换热器数值计算模型研究25-37
• 2.1 引言25
• 2.2 单元流道模型25-31
• 2.2.1 物理模型25-27
• 2.2.2 数学模型27-29
• 2.2.3 模型验证29-31
• 2.3 计算结果分析31-35
• 2.3.1 流场和温度场分布31-33
• 2.3.2 板间距的影响33-34
• 2.3.3 孔高的影响34-35
• 2.4 本章小结35-37
• 第3章 三叶孔板换热器壳程传热和压降准则关系式37-47
• 3.1 引言37
• 3.2 准则关系式的拟合37-40
• 3.2.1 准则关系式的基本形式37-39
• 3.2.2 准则关系式的回归39
• 3.2.3 准则关系式验证39-40
• 3.3 准则关系式的修正40-46
• 3.3.1 几何模型41
• 3.3.2 周期性模型41
• 3.3.3 数学模型41-43
• 3.3.4 模型验证43-44
• 3.3.5 准则关系式的修正44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 孔板结构换热器性能的对比研究47-58
• 4.1 引言47-48
• 4.2 大圆孔支撑板换热器性能的数值模拟研究48-51
• 4.2.1 物理模型及数值方法48-49
• 4.2.2 计算结果分析49-51
• 4.3 小圆孔支撑板换热器性能的数值模拟研究51-54
• 4.3.1 物理模型及数值解法51-52
• 4.3.2 计算结果分析52-54
• 4.4 三种孔板结构换热器性能的对比研究54-56
• 4.5 孔板换热器壳程传热及阻力特性计算准则关系式56-57
• 4.5.1 大圆孔换热器壳程传热与压降计算通用准则关系式的拟合56-57
• 4.5.2 小圆孔换热器壳程传热与压降计算通用准则关系式的拟合57
• 4.5.3 孔板换热器壳程传热及阻力特性计算准则关系式的归纳57
• 4.6 本章小结57-58
• 第5章 三叶孔板换热器壳程结构优化设计58-66
• 5.1 引言58
• 5.2 优化设计的数学模型58-59
• 5.2.1 建立设计变量58
• 5.2.2 建立目标函数58
• 5.2.3 确定约束条件58-59
• 5.3 遗传算法的计算过程59-61
• 5.3.1 编码与解码59
• 5.3.2 初始化种群59-60
• 5.3.3 选择操作60
• 5.3.4 交叉操作60-61
• 5.3.5 变异操作61
• 5.4 优化设计结果及分析61-64
• 5.4.1 以壳程努赛尔数为目标函数的优化61-62
• 5.4.2 以壳程压力降为目标函数的优化62-63
• 5.4.3 综合考虑传热和压降特性的优化设计的讨论63-64
• 5.5 本章小结64-66
• 第6章 总结与展望66-68
• 6.1 本文主要工作总结66
• 6.2 本文主要创新点66-67
• 6.3 后续工作展望67-68
• 参考文献68-73
• 附录A73-81
• 附录B81-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士学位期间发表论文和参加的科研项目83

【参考文献】

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本文编号：714456